JP2014213343A - 金属板材の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板材に対して十分な高さの張出し部を均一な肉厚で成形することができる金属板材の成形方法を提供する。
【解決手段】ダイとパンチとを有する複数の成形型により、金属板材に張出し部２２を成形する。この場合、第１工程においては、第１成形型により金属板材に初期張出し部２７をその頂部２７１が他の部分より薄くなるように成形する。次の第２工程においては、第２成形型２４により初期張出し部２７の側壁部２７２を圧延して、張出し部２２を成形する。
【選択図】図６

Description

この発明は、ダイとパンチとを有する成形型により金属板材に張出し部を成形する金属板材の成形方法及び成形装置に関するものである。

燃料電池用セパレータとして、金属板材に複数の張出し部を設けて、その張出し部により水素や酸素等のガス、あるいは冷却水等を流すための流路を形成したものが従来から知られている。このような燃料電池用セパレータの成形方法としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるような方法が提案されている。

特許文献１に記載の成形方法においては、図１５（ａ）に示すように、第１成形型４１の型４１１と型４１２とにより、金属板材４２に小突部４２１が形成される。その後、図１５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第２成形型４３の型４３１と型４３２とにより、小突部４２１の周縁部の内側が押圧されて張出し部４２２が形成される。

また、特許文献２に記載の成形方法においては、図１６（ａ）に示すように、第１成形型５１の型５１１の凸部の先端面で金属板材５２が押圧されて、小突部５２１が形成される。続いて、図１６（ｂ）に示すように、同じ第１成形型５１の型５１２の傾斜面と型５１１の傾斜面との間で小突部５２１の側壁部が圧延されて、張出し部５２２が形成される。さらに、図１６（ｃ）に示すように、第１成形型５１とは異なる第２成形型５３の型５３１の先端面と型５３２の底面との間で張出し部５２２の頂部が圧延されて、張出し部５２２の頂部の肉厚が薄くされるとともに、その頂部が幅広に形成される。

特開２０００−３１７５３１号公報 特開２０１２−５１０１６号公報

ところが、これらの従来の成形方法においては、次のような問題があった。
特許文献１に記載の成形方法では、第１成形型４１及び第２成形型４３を用いたプレス加工が、いずれも主として引き延ばし成形である。すなわち、図１５（ａ）に示すように、金属板材４２は、型４１２の凸部４１３による押圧によって引き延ばされる。次いで、図１５（ｂ）に示すように、金属板材４２の小突部４２１の周縁が型４３２のコーナ部４３４と型４３１のコーナ部４３３とによって狭い押圧面積下において押圧される。この場合、前記両コーナ部４３３，４３４は、金属板材４２の張出し部の高さ方向に位置がずれているため、金属板材４２には、両コーナ部４３３，４３４によって引き延ばし方向への力が作用するばかりでなく、両コーナ部４３３，４３４の位置を屈曲点とした曲げ圧力が付与される。

そして、図１５（ｃ）に示すように、金属板材２１の小突部４２１の頂部は、型４３２と型４３１との間で平坦化されるが、型４３１のコーナ部４３３による小面積下における押圧は維持される。

以上のように、金属板材４２は、型４１２による引き延ばしに続いて、両コーナ部４３３，４３４による引き延ばしと、一方のコーナ部４３３による引き延ばしが継続される。このため、金属板材２１は引き延ばしによって破断しやすくなる。しかも、金属板材２１に対する部分的な押圧が継続されるため、金属板材２１上の応力分布が不均一になり、押圧が継続されるコーナ部４３３の部分における破断の可能性が高くなる。

また、特許文献２に記載の成形方法では、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、型５１により小突部５２１が押圧形成された後に、同じ第１成形型５１により、その小突部５２１の側壁部５２３が圧延されて張出し部５２２が形成される。この場合、図１６（ｂ）から明らかなように、ほとんど側壁部５２３の材料のみを薄くして張出し部５２２を形成しているため、張出し部５２２の側壁部５２３の肉厚が足りなくなり、この状態で、強度分布が不均一になって破断し易くなる。そして、特許文献２に記載の成形方法では、第１成形型５１による張出し部５２２の形成後に、図１６（ｃ）に示すように、第２成形型５３により張出し部５２２の頂部５２４が圧延されるとともに、幅広に形成される。従って、張出し部５２２の頂部５２４の圧延によって生じる材料の移動は、頂部５２４が幅広になるために用いられる。この移動された材料は、頂部５２４の両端のコーナ部に集まる。このため、側壁部５２３は、引っ張られて薄くなった状態を継続し、依然として破断しやすい状態である。しかも、頂部５２４の両端のコーナ部に材料が集まるため、頂部５２４と側壁部５２３との間において応力分布が大きく変化する。このため、成形後の金属板材５２に反りやうねり等の変形が生じ易い。

以上のように、特許文献１及び特許文献２の成形方法においては、破断や変形のおそれが高いために、金属板材５２を大きく延ばしたり、張出し部５２２の高さを高くしたりすることが困難である。場合によっては、金属板材５２の応力分布を平均化させるとともに、変形を消滅させるために、成形加工後にアニール処理を施すことも行なわれ、加工工程が複雑になる。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、金属板材に対して十分な高さの張出し部を均一な肉厚で、かつ破断のおそれを防止しながら成形することができる金属板材の成形方法及び成形装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この金属板材の成形方法は、ダイとパンチとを有する成形型により金属板材に張出し部を成形するための成形方法において、第１工程において第１成形型による引き延ばし成形より金属板材に前記張出し部をその頂部が他の部分より薄くなるように成形し、第２工程において第２成形型により張出し部の側壁部を圧延することを特徴としている。

また、金属板材の成形装置は、ダイとパンチとを有する成形型により金属板材に張出し部を成形するための成形装置において、前記成形型として第１成形型と第２成形型とを設け、前記第１成形型は、金属板材に前記張出し部をその頂部が他の部分より薄くなるように引き延ばし成形するためのダイとパンチとを備え、前記第２成形型は、張出し部の側壁部を圧延するダイとパンチとを備えている。

従って、この金属板材の成形方法及び成形装置においては、第１工程において第１成形型により金属板材に張出し部がその頂部を他の部分より薄くするように引き延ばし成形されるとき、張出し部の頂部の材料が側壁部に移動される。その後、第２工程において第２成形型により張出し部の側壁部が圧延されるとき、側壁部の材料が張出し部の頂部側に移動される。よって、引き延ばし成形は第１工程で行われ、それ以降は圧延によって成形される。従って、材料の破断を防止できるとともに、張出し部の頂部から側壁部に移動された材料を含めて、側壁部の材料を有効に用いて十分な高さの張出し部を成形することができる。また、第１工程及び第２工程において、張出し部の頂部と側壁部との間で材料が相互に移動されるため、均一な肉厚の張出し部を成形することができる。よって、成形品の強度分布や応力分布のバランスが良好になって、破断に対する強度を高めることができる。

前記の金属板材の成形方法によれば、金属板材に対して十分な高さの張出し部を均一な肉厚で、かつ破断のおそれを防止しながら成形することができるという効果を発揮する。

第１実施形態の金属板材の成形方法により成形された成形品を示す斜視図。 図１の２−２線における部分拡大断面図。 第１実施形態の成形方法の第１工程を示す部分断面図。 （ａ）及び（ｂ）は第１工程の成形過程を順に示す部分断面図。 第１実施形態の成形方法の第２工程を示す部分断面図。 （ａ）及び（ｂ）は第２工程の成形過程を順に示す部分断面図。 図６（ｂ）に続く第１実施形態の成形方法の第３工程を示す部分断面図。 （ａ）及び（ｂ）は第３工程の成形過程を順に示す部分断面図。 第１実施形態の成形方法における第１〜第３工程の成形型のパンチを示す部分断面図。 第２実施形態の金属板材の成形方法により成形された成形品を示す斜視図。 図９の１０−１０線における部分拡大断面図。 第２実施形態の成形方法の第１工程の成形状態を示す部分断面図。 第２実施形態の成形方法の第２工程の成形状態を示す部分断面図。 第２実施形態の成形方法の第３工程の成形状態を示す部分断面図。 （ａ）〜（ｃ）は従来の成形方法の成形過程を順に示す部分断面図。 （ａ）〜（ｃ）は従来の別の成形方法の成形過程を順に示す部分断面図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
図１及び図２に示すように、この実施形態の成形方法及び成形装置は、燃料電池用セパレータの製造において採用される。燃料電池用のセパレータとなる金属板材２１は、その表裏両面に複数の襞状の張出し部２２が等間隔おきで交互に成形されている。金属板材２１の材質としては、耐腐食性に優れた材料が用いられ、例えば、チタン，チタン合金やステンレススチールが用いられる。この実施形態では、チタンが用いられる。

図３に示すように、成形加工前のフラットな金属板材２１は全体が均一な厚さであって、厚さαの値は、０．０６〜０．２０ｍｍの範囲内であり、この実施形態では、０，１０ｍｍである。図２に示すように、成形加工後の金属板材２１は、全体が均一な厚さであって、その厚さαの値は、０．０４〜０．１８ｍｍの範囲内であり、この実施形態では、０．０８ｍｍである。前記張出し部２２の配列ピッチρは、０．８０〜２．１０ｍｍの範囲内であって、この実施形態では１．３０ｍｍである。張出し部２２の底面と頂面との間の高さβは０．４０〜０．８０ｍｍの範囲内であって、この実施形態では０．６０ｍｍである。

図２に示すように、各張出し部２２は前記のように金属板材２１の表裏両面側に形成され、頂部２２１と、その頂部２２１の両側に連なる傾斜状の側壁部２２２とを備え、断面ほぼ台形状となるように形成されている。各張出し部２２は、隣接する他の張出し部２２と上下逆の形状であって、下向きの張出し部２２の頂部２２１は底部であるが、この底部も頂部２２１として説明する。頂部２２１は、その幅方向の中央部のフラットな平坦部２２３と、その幅方向の両端部の湾曲部２２４とを備えている。湾曲部２２４は、円弧状をなし、その内面側の曲率半径δは、０．０８〜０．１５ｍｍの範囲内であって、この実施形態では、０，１２ｍｍである。図６（ｂ）に示すように、頂部２２１の平坦部２２３に対する側壁部２２２の角度θは、１０〜３０度の範囲内であって、この実施形態では１５度である。

そして、図３及び図９に示す第１成形型２３を用いた第１工程と、図５及び図９に示す第２成形型２４を用いた第２工程と、図７及び図９に示す第３成形型３１を用いた第３工程とにより、金属板材２１に対する張出し部２２の成形が行われる。

図３に示すように、前記第１工程で用いられる第１成形型２３は、ダイ２５とそのダイ２５に対して接離可能に対応配置されたパンチ２６とから構成されている。ダイ２５の上面には、凹部２５１及び凸部２５２が等間隔おきで交互に設けられている。パンチ２６の下面には、ダイ２５の凹部２５１及び凸部２５２に対応する凸部２６１及び凹部２６２が等間隔おきで交互に設けられている。

図３及び図９に示すように、前記凹部２５１及び凸部２５２，凸部２６１及び凹部２６２の各配列ピッチρ１は、前記張出し部２２の配列ピッチρよりやや狭く、例えば１．２９ｍｍである。凹部２５１，２６２の深さ，すなわち凸部２５２，凸部２６１の高さβ１は、図２に示す張出し部２２の高さβから金属板材２１の厚さを減じた値より小さい。前記凸部２５２，２６１の先端部は断面円弧状をなし、その曲率半径δ１は０．１０〜０．３０ｍｍの範囲内であって、この実施形態では、０．１５ｍｍである。前記凹部２５１及び凹部２６２は、断面楕円形をなし、その長半径は０．７５〜１．５０ｍｍの範囲内，短半径は０．２５〜０．６５ｍｍの範囲内であって、この実施形態では長半径は１．００ｍｍで、短半径が０．５０ｍｍである。

図５に示すように、前記第２工程の第２成形型２４は、ダイ２８とそのダイ２８に対して接離可能に対応配置されたパンチ２９とから構成されている。ダイ２８の上面には、断面台形状の凹部２８１及び凸部２８２が等間隔おきで交互に設けられている。パンチ２９の下面には、ダイ２８の凹部２８１及び凸部２８２に対応する断面台形状の凸部２９１及び凹部２９２が等間隔おきで交互に設けられている。前記凹部２８１，２９２の形状は、前記張出し部２２の外面側の形状と近似しており、前記凸部２８２，２９１の形状は、張出し部２２の内面側の形状と近似している。ただし、凹部２８１，２９２の幅方向の両端部の曲率半径δ３は、張出し部２２の外面側の幅方向の両端部の曲率半径δよりわずかに小さくなっている。また、前記凹部２８１，２９２の配列ピッチρ２，すなわち凸部２８２，２９１の配列ピッチρ２は、図３に示す第１成形型２３の配列ピッチρ１よりやや狭い１．３３７ｍｍである。さらに、前記凹部２８１，２９２及び凸部２８２，２９１の側壁部の傾斜角度θ２は２０度である。

図７に示すように、前記第３工程の第３成形型３１は、ダイ３２とそのダイ３２に対して接離可能に対応配置されたパンチ３３とから構成されている。ダイ３２の上面には、断面台形状の凹部３２１及び凸部３２２が等間隔おきで交互に設けられている。パンチ３３の下面には、ダイ３２の凹部３２１及び凸部３２２に対応する断面台形状の凸部３３１及び凹部３３２が等間隔おきで交互に設けられている。凹部３２１，３３２及び凸部３２２，３３１の配列ピッチρ３は、第２成形型２４の配列ピッチよりやや広く、第１成形型２３の配列ピッチρ１よりやや狭い１，３４２ｍｍである。図６（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、第３成形型３１のダイ３２及びパンチ３３における凹部３２１，３３２及び凸部３２２，３３１の側壁面の傾斜角度θ３は、前記第２成形型２４の傾斜角度θ２よりも小さい１５度である。第３成形型３１のその他の寸法は第２成形型２４とほぼ同じであるが、パンチ３３の下死点位置におけるダイ３２及びパンチ３３の凸部３２２，３３１の側壁面間の隙間の寸法は第３成形型３１が第２成形型２４よりやや狭くなっている。

次に、この実施形態の成形方法を説明する。まず、この成形方法における第１工程について説明する。
図３に示すように、第１工程においては、第１成形型２３のダイ２５上にフラットな厚さ０．１０ｍｍの金属板材２１がセットされる。この状態で、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、パンチ２６がダイ２５に向かって接近移動される。このため、パンチ２６の凸部２６１及び凹部２６２とダイ２５の凹部２５１及び凸部２５２との間で金属板材２１が所定間隔おきに裏面側及び表面側へ交互に張出されて、波形状の初期張出し部２７が成形される。この成形時には、初期張出し部２７の頂部２７１がパンチ２６及びダイ２５の凸部２６１，２５２の押圧により引き伸ばされ、その初期張出し部２７の両側に側壁部２７２が形成される。なお、ダイ２５の下死点位置において、ダイ２５及びパンチ２６の凹部２５１，２６２の内底部と金属板材２１とは金属板材２１に対して圧延力が作用しない程度，つまり成形圧力が付与されない程度で軽く当接すればよく、あるいは当接することなく、それらの間に空間が形成されてもよい。

そして、このとき、図４（ｂ）から明らかなように、第１成形型２３の凸部２６１，２５２の曲率半径が凹部２６２，２５１の曲率半径より小さくなっているため、前記側壁部２７２と凹部２６２，２５１の内側面との間に空間２５５，２６５が形成される。なお、これらの空間２５５，２６５は、必ずしも形成される必要はなく、パンチ２６及びダイ２５が金属板材２１に全面で当接してもよいが、当接したとしても、金属板材２１に圧延力，すなわち成形圧力が作用しない程度の小さな接触圧とする。このため、図４（ｂ）に矢印で示すように、その頂部２７１の部分が引き延ばされるとともに、頂部２７１の部分の材料が拘束されることなく側壁部２７２側に移動されて、頂部２７１の肉厚が０．０９ｍｍ程度までに薄くなる。

第２工程においては、図５に示すように、初期張出し部２７を形成した金属板材２１が第２成形型２４のダイ２８上にセットされた状態で、パンチ２９がダイ２８に向かって接近移動される。このため、図６（ａ）に示すように、パンチ２９及びダイ２８の凸部２９１，２８２により、初期張出し部２７の頂部２７１が対向するダイ２８及びパンチ２９の凹部２８１，２９２内に向かって押圧される。このため、初期張出し部２７がさらに絞られるように引き延ばし加工される。ただし、この場合、図３及び図４（ａ）（ｂ）に示す成形加工開始からの引き延ばし量は、フラット状態の金属板材２１に対して最大４０％であり、好ましくは２０％以下である。

そして、その後、図６（ｂ）に示すように、パンチ２９及びダイ２８における凸部２９１，２８２の側壁面と、対向するダイ２８及びパンチ２９における凹部２８１，２９２の側壁面との間で初期張出し部２７の側壁部２７２が挟圧される。このため、側壁部２７２が圧延されて、側壁部２７２の肉厚が０．０８ｍｍ強まで薄くなるとともに、側壁部２７２の傾斜角度θ１が２０度の張出し部２２が成形される。図６（ｂ）の状態においては、凸部２９１，２８２と凹部２８１，２９２との間の張出し部２７の頂部２７１には、凸部２９１，２８２の先端面と凹部２８１，２９２の内面が当接しているが、挟圧力はほとんど作用せず、その頂部２７１の肉厚が減じることはない。

また、図６（ｂ）の状態では、金属板材２１の剛性に基づいて、凸部２９１，２８２の付け根部と金属板材２１との間、凸部２９１，２８２の先端面の中央部と張出し部２７の頂部２７１の内面との間に空間２７５，２７６が形成される。ただし、これらの空間２７５，２７６が形成されず、金属板材２１とパンチ２９及びダイ２８とが全面で当接してもよいが、その当接圧力は、金属板材２１に対して変形を付与しない程度のレベルにする。そして、図６（ｂ）の状態においては、圧延によって側壁部２７２の肉厚が減じるため、材料が矢印で示すように、張出し部２２の頂部２７１側に移動される。このため、図６（ａ）の状態の絞り加工によって頂部２７１の肉厚が減じたとしても、側壁部２７２側からの材料の移動によって、肉厚の減じた分が補われる。この場合、前記のように空間２７５，２７６が形成されるため、側壁部２７２から頂部２７１への材料の移動が円滑に行なわれる。そして、図６（ｂ）の状態では、このようにして、図６（ｂ）に矢印で示すように、初期張出し部２７の側壁部２７２の材料が頂部２７１側に移動されて、成形される張出し部２２の頂部２２１及び側壁部２２２の肉厚が０．０８強ｍｍに均一化される。

以上のように、張出し部２２を交互に形成するとともに、厚さを減じた金属板材２１が加工される。そして、第１工程では、金属板材２１の引き延ばしによる薄肉化と成形とが行なわれる。また、第２工程においては、金属板材２１の圧延による材料移動によって薄肉化と成形とが行なわれる。

そして、第３工程においては、図７に示すように、張出し部２２を形成した金属板材２１が第３成形型３１のダイ３２上にセットされた状態で、パンチ３３がダイ３２に向かって接近移動される。すると、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、パンチ３３及びダイ３２における凸部３３１，３２２の側壁面と、対向するダイ３２及びパンチ３３における凹部３２１，３３２の側壁面との間で、張出し部２２の側壁部２２２が圧延されるとともに、起立方向に整形される。これにより、張出し部２２の側壁部２２２の傾斜角度θ３が１５度に低減されるとともに、張出し部２２の頂部２２１が幅方向に拡げられる。

そして、このとき、金属板材２１の剛性に基づき、凸部２９１，２８２の付け根部と金属板材２１との間、凸部２９１，２８２の先端面の中央部と張出し部２７の頂部２７１の内面との間に空間２７５，２７６が形成される。ただし、これらの空間２７５，２７６が形成されず、金属板材２１とパンチ２９及びダイ２８とが全面で当接してもよいが、その当接圧力は、金属板材２１に対して変形を付与しない程度のレベルにする。そして、図８（ｂ）の状態においては、圧延によって側壁部２７２の肉厚が減じるため、材料が矢印で示すように張出し部２２の頂部２７１側に移動される。このため、図８（ａ）の状態において頂部２７１が幅方向に拡げられてその肉厚が減じたとしても、側壁部２７２側からの材料の移動によって、減じた分が補われる。従って、頂部２７１の肉厚が極端に薄くなることはなく、しかも、頂部２７１には、引き延ばし力はほとんど作用しない。このようにして、張出し部２２の肉厚が０．０８ｍｍに均一化される。そして、この場合も、前記のように空間２７５，２７６が形成されるため、側壁部２７２から頂部２７１への材料の移動が円滑に行なわれる。

前記の第１〜第３工程において、図１４に示すように、第２工程で用いられる第２成形型２４のパンチ２９における張出し部成形用の凸部２９１及び凹部２９２の配列ピッチρ２が、前工程の第１工程で用いられる第１成形型２３のパンチ２６における張出し部成形用の凸部２６１及び凹部２６２の配列ピッチρ１より狭くなるように設定されている。当然、図示はしないが、第２成形型２４のダイ２８における凹部２８１及び凸部２８２の配列ピッチρ２も、第１工程で用いられる第１成形型２３のダイ２５における凹部２５１及び凸部２５２の配列ピッチρ１より狭くなるように設定されている。

そして、第２工程において第２成形型２４により初期張出し部２７の側壁部２７２が圧延されて、初期張出し部２７の材料内部で周長に伸びが発生するが、その周長の伸び量が前記ダイ２８及びパンチ２９における凹部２８１，２９２及び凸部２８２，２９１の配列ピッチρ２を狭くしたことによって補正される。つまり、第２工程の成形における初期張出し部２７の周長の伸び量を見込んで、配列ピッチρ２の狭い凹部２８１，２９２及び凸部２８２，２９１により、初期張出し部２７の側壁部２７２が圧延される。これにより、反りやうねりを抑えた張出し部２２が成形される。

また、第３工程で用いられる第３成形型３１のダイ３２及びパンチ３３における凹部３２１，３３２及び凸部３２２，３３１の配列ピッチρ３が、第２成形型２４のダイ２８及びパンチ２９における凹部２８１，２９２及び凸部２８２，２９１の配列ピッチρ２より広くなるように設定されている。それとともに、第３工程で用いられる第３成形型３１のダイ３２及びパンチ３３における凹部３２１，３３２及び凸部３２２，３３１の配列ピッチρ３が、第１工程で用いられる第１成形型２３のダイ２５及びパンチ２６における凹部２５１，２６２及び凸部２５２，２６１の配列ピッチρ１より狭くなるように設定されている。

この第３工程においては、第３成形型３１のダイ３２及びパンチ３３により、張出し部２２の側壁部２２２が圧延されることなく起立方向に整形されるのみであるため、張出し部２２の材料内部で周長に大きな伸びが発生することはない。このため、第３成形型３１の配列ピッチρ３が第２成形型２４の配列ピッチρ２と第１成形型２３の配列ピッチρ１との間の値に設定されて、起立整形される張出し部２２の最終の配列ピッチが第１成形型２３の配列ピッチρ１に近づけられる。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） この実施形態において、第１工程においては、第１成形型２３により金属板材２１に初期張出し部２７をその頂部２７１が他の部分より薄くなるように引き延ばしによって成形する。次の第２工程及び第３工程においては、第２成形型２４により初期張出し部２７の側壁部２７２を圧延して、前記張出し部２２を成形する。

このため、この実施形態では、第１工程に続く第２工程及び第３工程において第２成形型２４及び第３成形型３１により初期張出し部２７の側壁部２７２が圧延されるとき、側壁部２７２の材料が頂部２７１側に移動される。よって、金属板材２１の張出し部２２の引き延ばし成形が、初期の張出し部２７の成形を除いて圧延によって達成される。言い換えれば、引き延ばし成形は第１工程において行なわれ、他の工程は圧延工程である。従って、材料破断を招きやすい引き延ばし成形の割合を少なくできるため、金属板材２１の破断を防止できる。従って、張出し部２２が高くても、あるいは頂部２７１の幅が広くても金属板材２１を破断することなく成形することができる。ちなみに、張出し部２２が高く、頂部２７１の幅が広いほうが、冷却水やガス等を案内する機能が優れ、燃料電池のセパレータとして好ましい。

（２） この実施形態では、前記のように、金属板材２１を引き延ばしにより薄肉化するのは、第１工程だけで、その後の薄肉化は金属板材２１を圧延して実行するため、金属板材２１の破断を防止することができる。しかも、第１工程では、全長に対して２０％しか引き延ばしをしないだけではなく、第２工程の圧延によって引き延ばされた部分に対して材料を移動させるため、さらに有効な破断防止効果を得ることができる。ちなみに、従来工法におけるピンホールやクラック等の破断発生による不良率は、１０〜２０％であったが、実施形態の工法によれば、０．０２％まで低下した。

（３） この実施形態では、張出し部２７の引き延ばし成形された頂部２７１に対して側壁部２７２を圧延して材料を頂部２７１に供給するため、均一な肉厚の張出し部２２を成形することができるとともに、引き延ばしによって形成された頂部２７１に材料を戻すことができる。このため、応力の集中を緩和できて、成形品の強度分布や応力分布のバランスが良好になり、前記と同様に破断に対する強度を高めることができるとともに、成形品の反りや歪みを抑制できて、高精度な成形品とすることができる。

（４） この実施形態では、襞状の張出し部２２を金属板材２１の表裏に交互に形成している。このため、この成形品を燃料電池用セパレータとして用いた場合、両側の襞状の張出し部２２によってセパレータの表裏両面にガス流路を有効に形成することができる。

（５） この実施形態では、前記第１実施形態の第２工程の成形に続いて、第３工程において第３成形型３１により張出し部２２の側壁部２２２を起立方向に整形している。このため、この成形品を燃料電池用セパレータとして用いた場合、張出し部２２の側壁部２２２の起立整形により、セパレータ上に設けられるガス流路の断面積を拡張することができる。

（６） この実施形態では、第３工程において第３成形型３１により張出し部２２の頂部２２１を拡げている。このため、この成形品を燃料電池用セパレータとして用いた場合、張出し部２２の頂部２２１の拡張により、他の接合プレートに対する張出し部２２の頂部２２１の接合面積を大きく確保することができて、接合強度を高めることができる。これによって、セパレータの内側に設けられる発電部材への面圧が分散され、発電部材が破断しにくくなるとともに、セパレータ上に設けられるガスや冷却水等の流路の断面積を拡張することができて、発電効率が向上する。

（７） この実施形態では、第２工程で用いられる第２成形型２４のダイ２８及びパンチ２９における張出し部成形用の凹部２８１，２９２及び凸部２８２，２９１の配列ピッチρ２が、第１工程で用いられる第１成形型２３のダイ２５及びパンチ２６における張出し部成形用の凹部２５１，２６２及び凸部２５２，２６１の配列ピッチρ１より狭くされている。

このため、第２工程において第２成形型２４により初期張出し部２７の側壁部２７２が圧延される際に、初期張出し部２７の材料内部で周長に伸びが発生しても、その周長の伸び量を第２成形型２４における配列ピッチρ２の狭小によって補正することができる。よって、初期張出し部２７の側壁部２７２の圧延にともなう周長の伸びにより、成形品に反りやうねりが発生するおそれを抑制することができる。

（８） この実施形態では、第３工程で用いられる第３成形型３１のダイ３２及びパンチ３３における凹部３２１，３３２及び凸部３２２，３３１の配列ピッチρ３が、第２成形型２４の配列ピッチρ２より広くなるとともに、第１成形型２３のダイ２５及びパンチ２６における凹部２５１，２６２及び凸部２５２，２６１の配列ピッチρ１より狭くされている。

このため、成形にともなう金属板材２１の延びを見込んで金属板材２１を成形できるため、所要寸法の製品を高精度に成形できる。
（第２実施形態）
次に、図１０〜図１４に基づいて金属板材の成形方法の第２実施形態を前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図１０に示すように、この第３実施形態の成形方法は、燃料電池用セパレータの製造に際して、金属板材２１の表裏両面に複数のディンプル状の張出し部２２を等間隔おきで交互に成形する際に用いられる。図１１に示すように、各張出し部２２は、頂部２２１と、その頂部２２１に連なる傾斜状の側壁部２２２とを備え、断面台形状となるように形成されている。そして、金属板材２１に対する張出し部２２の成形は、前記第１及び第２実施形態の場合とほぼ同様であって、図１２に示すように、第１成形型２３を用いた第１工程と、図１３に示すように、第２成形型２４を用いた第２工程と、図１４に示すように、第３成形型３１を用いた第３工程とによって順に行われる。

すなわち、第１工程においては、図１２に示すように、第１成形型２３のダイ２５及びパンチ２６により金属板材２１に対して初期張出し部２７が成形される。続く第２工程においては、図１３に示すように、第２成形型２４のダイ２８及びパンチ２９により初期張出し部２７の側壁部２７２を圧延して張出し部２２が成形される。さらに、第３工程においては、図１４に示すように、第３成形型３１のダイ３２及びパンチ３３により張出し部２２の側壁部２２２が起立方向に整形される。

従って、この第２実施形態によれば、前記各実施形態における効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（９） この実施形態の成形方法においては、ディンプル状の張出し部２２を形成している。このため、この成形品を燃料電池用セパレータとして用いた場合、ディンプル状の張出し部２２によってセパレータ上にガスや冷却水等の流れが拡散可能なガス流路を形成することができる。

（変更例）
なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 金属板材２１の片面のみに襞状またはディンプル状の張出し部２２を成形すること。

・ 金属板材２１上に襞状またはディンプル状の張出し部２２を不等間隔で成形すること。
・ 金属板材２１を燃料電池のセパレータ以外の他の用途，例えば放熱板の用途に用いること。

・ 前記第３工程に続いて、第４工程あるいはそれ以上の工程を実行すること。第４工程以上の工程としては、張出し部２２の側壁部２２２をさらに起立させたり、所要箇所に孔をあけたりすることが考えられる。

・ 第１工程の前に別工程を設けること。この別工程としては、研磨工程や、孔あけ工程等が考えられる。
・ 単一の張出し部のみを設けた金属板材に対して前記実施形態の成形方法を実施すること。

・ 張出し部を前記実施形態とは別の用途に用いること。例えば、隣接する他の部材とのシール部を構成する突部等が具体化される。
・ 金属板材に対して襞状の張出し部とディンプル状の張出し部を混在させること。

・ パンチとダイと上下入れ換えること。

２１…金属板材、２２…張出し部、２２１…頂部、２２２…側壁部、２３…第１成形型、２４…第２成形型、２５…第１成形型のダイ、２５２…凸部、２６…成形型のパンチ、２６１…凸部、２７…初期張出し部、２７１…頂部、２７２…側壁部、２８…第２成形型のダイ、２８２…凸部、２９…第２成形型のパンチ、２９１…凸部、３１…第３成形型、３２…第３成形型のダイ、３２２…凸部、３３…第３成形型のパンチ、３３１…凸部、θ１，θ２…傾斜角度。

Claims (19)

1. ダイとパンチとを有する成形型により金属板材に張出し部を成形するための成形方法において、
   第１工程において第１成形型による引き延ばし成形により金属板材に前記張出し部をその頂部が他の部分より薄くなるように成形し、第２工程において第２成形型により張出し部の側壁部を圧延する金属板材の成形方法。
2. 第１工程において、張出し部を成形するための第１成形型の凸部の頂部を金属板材に押圧させて、金属板材に引き延ばし成形によって初期張出し部を形成し、第２工程において、第２成形型の凸部の側面間で金属板材を圧延する請求項１に記載の金属板材の成形方法。
3. 第１工程において、凸部の頂部以外の部分は金属板材に成形圧力を付与しない請求項２に記載の金属板材の成形方法。
4. 第２工程において、凸部の斜面と凸部の頂部両端以外の部分は金属板材に成形圧力を付与しない請求項２または３に記載の金属板材の成形方法。
5. 第３工程において第３成形型により張出し部の側壁部を起立方向に整形する請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
6. 第３工程において第３成形型により張出し部の頂部を拡げる請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
7. 第３工程において、凸部の斜面と凸部の頂部両端以外の部分は金属板材に成形圧力を付与しない請求項５または６に記載の金属板材の成形方法。
8. 複数の襞状の張出し部を金属板材に形成する請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
9. 襞状の張出し部を金属板材の表裏に交互に形成する請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
10. 襞状の張出し部を等間隔に形成する請求項８または９に記載の金属板材の成形方法。
11. ディンプル状の張出し部を形成する請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
12. 金属板材はチタンである請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
13. 前工程で形成された張出し部より狭いピッチで張出し部を成形する請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形方法。
14. ダイとパンチとを有する成形型により金属板材に張出し部を成形するための成形装置において、
    前記成形型として第１成形型と第２成形型とを設け、
    前記第１成形型は、金属板材に前記張出し部をその頂部が他の部分より薄くなるように引き延ばし成形するためのダイとパンチとを備え、前記第２成形型は、張出し部の側壁部を圧延するダイとパンチとを備えた金属板材の成形装置。
15. 第１成形型は、凸部の頂部以外の部分は金属板材に成形圧力を付与しない請求項１４に記載の金属板材の成形装置。
16. 第２成形型は、凸部の斜面と凸部の頂部両端以外の部分は金属板材に成形圧力を付与しない請求項１４または１５に記載の金属板材の成形装置。
17. 張出し部の側壁部を起立方向に整形する第３成形型を設けた請求項１４〜１６のうちのいずれか一項に記載の金属板材の成形装置。
18. 前記第３成形型は、張出し部の頂部を拡げる請求項１７に記載の金属板材の成形装置。
19. 前記第３成形型は、凸部の斜面と凸部の頂部両端以外の部分は金属板材に成形圧力を付与しない請求項１７または１８に記載の金属板材の成形装置。